JP2023129260A - image sensor - Google Patents

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Kwang Hee Lee
宰浩 金
Jae Ho Kim
義熙 權
Uihui Kwon
義永 宋
Euiyoung Song
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Abstract

To provide an image sensor that can materialize clear image quality.SOLUTION: An image sensor is provided. The image sensor includes: a substrate including a first surface and a second surface opposite each other; a pixel separation portion that penetrates the substrate, separates the substrate into a plurality of pixels, and has a planar grid shape, wherein the pixels constitute first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, and n and m are each independently a natural number of 2 or more; a light-shielding grid disposed on the first surface and overlapping the pixel separation portion; and a light adjuster overlapping the pixel separating portion at the center of each of the first to third pixel groups and disposed on the first surface, wherein the light-shielding grid has a first width in a first direction, and the light adjuster has a second width in the first direction that is larger than the first width.SELECTED DRAWING: Figure 4A

Description

本発明はイメージセンサーに関する。 The present invention relates to an image sensor.

イメージセンサーは光学映像(Optical image)を電気信号に変換する半導体素子である。イメージセンサーはCCD(Charge coupled device)型及びCMOS(Complementary metal oxide semiconductor)型に分類されることができる。CMOS型イメージセンサーはCIS(CMOS image sensor)と略称される。CISは2次元に配列された複数の画素を具備する。画素の各々はフォトダイオードPD(photodiode)を含む。フォトダイオードは入射される光を電気信号に変換する役割をする。 An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Image sensors can be classified into a charge coupled device (CCD) type and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type. A CMOS image sensor is abbreviated as CIS (CMOS image sensor). CIS includes a plurality of pixels arranged two-dimensionally. Each pixel includes a photodiode (PD). A photodiode serves to convert incident light into an electrical signal.

米国特許第10,014,338B2号公報US Patent No. 10,014,338B2

本発明が解決しようとする課題は鮮明な画質を具現することができるイメージセンサーを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an image sensor that can provide clear image quality.

本発明が解決しようとする課題は以上で言及した課題に制限されず、言及されないその他の課題が下の記載から当業者に明確に理解されるはずである。 The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned should be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

前記課題を達成するための本発明の実施形態によるイメージセンサーは、互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは各々独立に2以上の自然数である、画素分離部と、前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、を含み、前記遮光グリッドは第1方向に第1幅を有し、前記光調節器は前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有する。 To achieve the above object, an image sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other, and a plurality of pixels that penetrate through the substrate, are separated into a plurality of pixels, and are arranged in a planar grid. a pixel separation unit having a shape, the pixels forming first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, where n and m are each independently a natural number of 2 or more; a light-shielding grid disposed on the first surface and overlaid with the pixel separation section; and a light-shielding grid overlaid with the pixel separation section at the center of each of the first to third pixel groups and placed on the first surface. a light conditioner disposed, the light blocking grid having a first width in a first direction, and the light conditioner having a second width in the first direction that is larger than the first width.

本発明の一実施形態によるイメージセンサーは、互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは各々独立に2以上の自然数であり、当該画素分離部はポリシリコンパターンとこれを囲む絶縁膜を含む、画素分離部と、前記第2面上に配置される転送ゲートと、前記第2面に隣接し、前記転送ゲート横に配置される浮遊拡散領域と、前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、前記光調節器と前記遮光グリッドとの間に配置されるカラーフィルターと、前記カラーフィルター、前記遮光グリッド、及び前記光調節器上に配置され、前記第1乃至第3ピクセルグループに各々対応するマイクロレンズと、を含み、前記遮光グリッドは第1方向に第1幅を有し、前記光調節器は前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有し、前記光調節器の上端は前記マイクロレンズの上端から前記マイクロレンズの曲率半径の1/3~2/3の距離に位置する。 An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other, and a pixel separation section that penetrates the substrate, separates the pixels into a plurality of pixels, and has a planar grid shape. The pixels constitute first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, n and m are each independently a natural number of 2 or more, and the pixel separation part is formed of a polysilicon pattern. a pixel isolation section including an insulating film surrounding the pixel isolation section; a transfer gate disposed on the second surface; a floating diffusion region adjacent to the second surface and disposed beside the transfer gate; a light blocking grid disposed on one surface and overlapping with the pixel separation section; and a light control grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section at the center of each of the first to third pixel groups. a color filter disposed between the light adjuster and the light shielding grid; a color filter disposed on the color filter, the light shielding grid, and the light adjuster, and a color filter disposed on the first to third pixel groups, respectively; a corresponding microlens, the light blocking grid has a first width in a first direction, the light modulator has a second width in the first direction that is greater than the first width, and the light modulator has a second width in the first direction that is larger than the first width; The upper end of the vessel is located at a distance of 1/3 to 2/3 of the radius of curvature of the microlens from the upper end of the microlens.

本発明の他の実施形態によるイメージセンサーは、互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは各々独立的に2以上の自然数である、画素分離部と、前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、を含み、前記遮光グリッドは第1方向に第1幅を有し、前記光調節器は前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有し、前記遮光グリッドは順に積層された第1遮光パターンと第1低屈折パターンを有し、前記光調節器は順に積層された第2遮光パターンと第2低屈折パターンを有し、前記第1遮光パターンと前記第2遮光パターンは互いに同一な金属を含み、前記第1低屈折パターンと前記第2低屈折パターンは互いに同一な誘電物質を含む。 An image sensor according to another embodiment of the present invention includes a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other, and a pixel separation structure that penetrates the substrate and is separated into a plurality of pixels and has a grid shape in a plane. a pixel separation unit, wherein the pixels constitute first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, and n and m are each independently a natural number of 2 or more; a light shielding grid disposed on a first surface and overlapping with the pixel separation section; and a light shielding grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section at the center of each of the first to third pixel groups. a conditioner, the light-blocking grid having a first width in a first direction, the light conditioner having a second width in the first direction that is greater than the first width, and the light-blocking grid having a second width in the first direction; The light modulator has a first light-shielding pattern and a first low refraction pattern stacked together, and the light adjuster has a second light-shielding pattern and a second low-refraction pattern stacked in order, and the first light-shielding pattern and the second light-shielding pattern The patterns include the same metal, and the first low refraction pattern and the second low refraction pattern include the same dielectric material.

本発明によるイメージセンサーは光の経路を調節することができる光調節器を含んで、ピクセルグループの中心に位置する画素分離部内に含まれるポリシリコンパターンに光が入射されることを防止することができる。したがって、量子効率を向上させてイメージセンサーで鮮明な画質を具現することができる。また、優れた自動焦点機能を提供することができる。 The image sensor according to the present invention includes a light regulator capable of adjusting the path of light to prevent light from entering the polysilicon pattern included in the pixel separation part located at the center of the pixel group. can. Therefore, it is possible to improve quantum efficiency and realize clear image quality with an image sensor. It can also provide excellent autofocus functionality.

本発明の実施形態によるイメージセンサーを説明するためのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an image sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるイメージセンサーのアクティブピクセルセンサーアレイの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an active pixel sensor array of an image sensor according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。FIG. 1 is a plan view of an image sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの1つのピクセルグループの平面図である。FIG. 2 is a top view of one pixel group of an image sensor according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。3B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 3A, according to an embodiment of the present invention. FIG. 図4Aのイメージセンサーにおける光の経路を示す。4A shows the path of light in the image sensor of FIG. 4A. 図4Aの断面を有するイメージセンサーの製造過程を順次的に示す断面図である。4B are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an image sensor having the cross section of FIG. 4A. FIG. 図4Aの断面を有するイメージセンサーの製造過程を順次的に示す断面図である。4B are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an image sensor having the cross section of FIG. 4A. FIG. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの部分平面図を示す。1 shows a partial plan view of an image sensor according to an embodiment of the invention. FIG. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの部分平面図を示す。1 shows a partial plan view of an image sensor according to an embodiment of the invention. FIG. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの部分平面図を示す。1 shows a partial plan view of an image sensor according to an embodiment of the invention. FIG. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの部分平面図を示す。1 shows a partial plan view of an image sensor according to an embodiment of the invention. FIG. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図を示す。1 shows a top view of an image sensor according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図を示す。1 shows a top view of an image sensor according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。3B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 3A, according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。3B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 3A, according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。3B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 3A, according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。3B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 3A, according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。3B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 3A, according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態によるイメージセンサーの断面図である。1 is a cross-sectional view of an image sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、図3をA-A’線に沿って切断した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 3 taken along line A-A' according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明をより具体的に説明するために本発明による実施形態に対して添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, in order to more specifically explain the present invention, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の実施形態によるイメージセンサーを説明するためのブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating an image sensor according to an embodiment of the present invention.

図1を参照すれば、イメージセンサーはアクティブピクセルセンサーアレイ(Active Pixel Sensor array)1001、行デコーダー(row decoder)1002、行ドライバー(row driver)1003、列デコーダー(column decoder)1004、タイミング発生器(timing generator)1005、相関二重サンプラー(CDS:Correlated Double Sampler)1006、アナログデジタルコンバータ(ADC:Analog to Digital Converter)1007、及び入出力バッファ(I/O buffer)1008を含むことができる。 Referring to FIG. 1, the image sensor includes an active pixel sensor array 1001, a row decoder 1002, a row driver 1003, a column decoder 1004, and a timing generator ( timing generator) 1005, correlated double sampler (CDS) 1006, analog to digital converter (ADC) 1007, and input/output buffer (I/O buffer) 10 08.

アクティブピクセルセンサーアレイ1001は2次元に配列された複数の単位ピクセルを含み、光信号を電気信号に変換することができる。アクティブピクセルセンサーアレイ1001は行ドライバー1003からピクセル選択信号、リセット信号、及び電荷転送信号のような複数の駆動信号によって駆動されることができる。また、変換された電気信号は相関二重サンプラー1006に提供されることができる。 The active pixel sensor array 1001 includes a plurality of unit pixels arranged in two dimensions, and can convert optical signals into electrical signals. The active pixel sensor array 1001 can be driven by a plurality of drive signals from the row driver 1003, such as a pixel selection signal, a reset signal, and a charge transfer signal. The converted electrical signal can also be provided to a correlated dual sampler 1006.

行ドライバー1003は、行デコーダー1002でデコーディングされた結果に応じて多数の単位ピクセルを駆動するための多数の駆動信号をアクティブピクセルセンサーアレイ1001に提供することができる。単位ピクセルが行列形状に配列された場合には各行別に駆動信号が提供されることができる。 The row driver 1003 may provide the active pixel sensor array 1001 with a number of driving signals for driving a number of unit pixels according to the results decoded by the row decoder 1002. When unit pixels are arranged in a matrix, a driving signal can be provided for each row.

タイミング発生器1005は行デコーダー1002及び列デコーダー1004にタイミング(timing)信号及び制御信号を提供することができる。 Timing generator 1005 can provide timing and control signals to row decoder 1002 and column decoder 1004.

相関二重サンプラー(CDS)1006はアクティブピクセルセンサーアレイ1001で生成された電気信号を受信してサンプル・アンド・ホールドすることができる。相関二重サンプラー1006は特定の雑音レベル(noise level)と電気信号による信号レベルを二重にサンプリングして、雑音レベルと信号レベルの差分に該当する差分レベルを出力することができる。 A correlated double sampler (CDS) 1006 can receive and sample and hold electrical signals generated by the active pixel sensor array 1001. The correlated double sampler 1006 can double sample a specific noise level and a signal level of an electrical signal, and output a difference level corresponding to the difference between the noise level and the signal level.

アナログデジタルコンバータ(ADC)1007は相関二重サンプラー1006から出力された差分レベルに該当するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力することができる。 An analog-to-digital converter (ADC) 1007 can convert the analog signal corresponding to the differential level output from the correlated double sampler 1006 into a digital signal and output the digital signal.

入出力バッファ1008はデジタル信号をラッチ(latch)し、ラッチしたデジタル信号を列デコーダー1004でのデコーディング結果に応じて順次的に映像信号処理部(不図示)に出力することができる。 The input/output buffer 1008 can latch the digital signal and sequentially output the latched digital signal to a video signal processing unit (not shown) according to the decoding result of the column decoder 1004.

図2は本発明の実施形態によるイメージセンサーのアクティブピクセルセンサーアレイの回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram of an active pixel sensor array of an image sensor according to an embodiment of the present invention.

図1及び図2を参照すれば、センサーアレイ1001は複数の画素PXを含み、画素PXはマトリックス形状で配列されることができる。各々の画素PXは転送トランジスタTXとロジックトランジスタRX、SX、DXを含むことができる。ロジックトランジスタはリセットトランジスタRX、選択トランジスタSX、及びソースフォロワートランジスタDXを含むことができる。転送トランジスタTXは転送ゲートTGを含むことができる。各々の画素PXは光電変換素子PD及び浮遊拡散(フローティングディフュージョン)領域FDをさらに含むことができる。 Referring to FIGS. 1 and 2, the sensor array 1001 includes a plurality of pixels PX, and the pixels PX may be arranged in a matrix shape. Each pixel PX may include a transfer transistor TX and logic transistors RX, SX, and DX. The logic transistors may include a reset transistor RX, a selection transistor SX, and a source follower transistor DX. Transfer transistor TX can include a transfer gate TG. Each pixel PX may further include a photoelectric conversion element PD and a floating diffusion region FD.

光電変換素子PDは外部から入射された光の量に比例して光電荷を生成及び蓄積することができる。光電変換素子PDはフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲート、ピン留めフォトダイオード、及びこれらの組み合わせを含むことができる。転送トランジスタTXは光電変換素子PDで生成された電荷を浮遊拡散領域FDに転送することができる。浮遊拡散領域FDは光電変換素子PDで生成された電荷が転送されて累積的に格納することができる。浮遊拡散領域FDに蓄積された光電荷の量に応じてソースフォロワートランジスタDXが制御されることができる。 The photoelectric conversion element PD can generate and accumulate photoelectric charges in proportion to the amount of light incident from the outside. The photoelectric conversion element PD can include a photodiode, a phototransistor, a photogate, a pinned photodiode, and combinations thereof. The transfer transistor TX can transfer the charge generated by the photoelectric conversion element PD to the floating diffusion region FD. Charges generated by the photoelectric conversion element PD can be transferred and cumulatively stored in the floating diffusion region FD. The source follower transistor DX can be controlled according to the amount of photocharge accumulated in the floating diffusion region FD.

リセットトランジスタRXは浮遊拡散領域FDに蓄積された電荷を周期的にリセットさせることができる。リセットトランジスタRXのドレイン電極は浮遊拡散領域FDと連結され、ソース電極は電源電圧VDDに連結されることができる。リセットトランジスタRXがターンオン(turn-on)されると、リセットトランジスタRXのソース電極と連結された電源電圧VDDが浮遊拡散領域FDに印加されることができる。したがって、リセットトランジスタRXがターンオンされると、浮遊拡散領域FDに蓄積された電荷が排出されて浮遊拡散領域FDがリセットされることができる。 The reset transistor RX can periodically reset the charges accumulated in the floating diffusion region FD. A drain electrode of the reset transistor RX may be connected to the floating diffusion region FD, and a source electrode may be connected to the power supply voltage VDD. When the reset transistor RX is turned on, a power voltage VDD connected to the source electrode of the reset transistor RX may be applied to the floating diffusion region FD. Therefore, when the reset transistor RX is turned on, the charges accumulated in the floating diffusion region FD can be discharged and the floating diffusion region FD can be reset.

ソースフォロワートランジスタDXはソースフォロワーバッファ増幅器(source follower buffer amplifier)の役割をすることができる。ソースフォロワートランジスタDXは浮遊拡散領域FDでの電位変化を増幅し、これを出力ラインVoutに出力することができる。 The source follower transistor DX may function as a source follower buffer amplifier. The source follower transistor DX can amplify the potential change in the floating diffusion region FD and output it to the output line Vout.

選択トランジスタSXは行単位に読み出す画素PXを選択することができる。選択トランジスタSXがターンオンされる時、電源電圧VDDがソースフォロワートランジスタDXのドレイン電極に印加されることができる。 The selection transistor SX can select pixels PX to be read out row by row. When the selection transistor SX is turned on, a power supply voltage VDD may be applied to the drain electrode of the source follower transistor DX.

図3Aは本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図である。図3Bは本発明の実施形態によるイメージセンサーの1つのピクセルグループの平面図である。図4Aは本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。図4Bは図4Aのイメージセンサーにおける光の経路を示す。 FIG. 3A is a top view of an image sensor according to an embodiment of the invention. FIG. 3B is a top view of one pixel group of an image sensor according to an embodiment of the invention. FIG. 4A is a cross-sectional view of FIG. 3A taken along line A-A' according to an embodiment of the present invention. FIG. 4B shows the path of light in the image sensor of FIG. 4A.

図3A、図3B、図4Aを参照すれば、本例によるイメージセンサー500は半導体基板1を含むことができる。半導体基板1はシリコン単結晶ウエハやシリコンエピタキシャル層であり得る。半導体基板1には第1導電型の不純物がドーピングされることができる。前記第1導電型はP型であり、前記不純物はホウ素であり得る。半導体基板1は互いに対向される第1面1aと第2面1bを含むことができる。 Referring to FIGS. 3A, 3B, and 4A, an image sensor 500 according to the present example may include a semiconductor substrate 1. Referring to FIGS. Semiconductor substrate 1 may be a silicon single crystal wafer or a silicon epitaxial layer. The semiconductor substrate 1 may be doped with a first conductivity type impurity. The first conductivity type may be P type, and the impurity may be boron. The semiconductor substrate 1 may include a first surface 1a and a second surface 1b facing each other.

半導体基板1の第1面1aに隣接するように浅い素子分離部2が配置されることができる。浅い素子分離部2は第1面1aに配置されるトランジスタのための活性領域を定義することができる。浅い素子分離部2はSTI(Shallow Trench Isolation)工程によって形成されることができる。浅い素子分離部2はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸化窒化膜の中で少なくとも1つの膜の単一膜又は多重膜構造を有することができる。 A shallow isolation section 2 may be arranged adjacent to the first surface 1a of the semiconductor substrate 1. The shallow isolation portion 2 can define an active region for a transistor disposed on the first surface 1a. The shallow isolation portion 2 may be formed using a shallow trench isolation (STI) process. The shallow isolation region 2 may have a single film structure or a multilayer structure of at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

半導体基板1には画素分離部DTIが配置されて画素PXを互いに分離させることができる。画素分離部DTIは深いトレンチ7内に配置されることができる。深いトレンチ7は第1面1aから第2面1bに向かって形成されることができる。深いトレンチ7は浅い素子分離部2と半導体基板1を貫通して形成されることができる。深いトレンチ7の幅は第1面1aから第2面1bに行くほど、狭くなることができる。画素分離部DTIは、グループ間画素分離部DTI-1とグループ内画素分離部DTI-2とを含むことができる。 A pixel isolation section DTI is disposed on the semiconductor substrate 1 to isolate the pixels PX from each other. The pixel isolation portion DTI may be disposed within the deep trench 7. The deep trench 7 may be formed from the first surface 1a toward the second surface 1b. The deep trench 7 may be formed penetrating the shallow isolation portion 2 and the semiconductor substrate 1 . The width of the deep trench 7 can become narrower from the first surface 1a to the second surface 1b. The pixel separation unit DTI may include an inter-group pixel separation unit DTI-1 and an intra-group pixel separation unit DTI-2.

画素分離部DTIは不純物がドーピングされたポリシリコンパターン51、その側壁を囲む側面絶縁膜55、そして埋め込み絶縁パターン4を含むことができる。ポリシリコンパターン51はシリコン単結晶で成される半導体基板1と概ね同じ熱膨張率を有するので、物質の熱膨張率の差によって発生される物理学応力を低下させることができる。また、ポリシリコンパターン51は共通バイアスラインの役割をすることができる。ポリシリコンパターン51には負の電圧が印加されることができる。深いトレンチ7の表面に存在することができる正孔を捕捉して暗電流特性を改善させることができる。側面絶縁膜55と埋め込み絶縁パターン4は各々独立にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸化窒化膜の中で少なくとも1つの膜の単一膜又は多重膜構造を有することができる。 The pixel isolation part DTI may include a polysilicon pattern 51 doped with impurities, a side insulating layer 55 surrounding the sidewalls of the polysilicon pattern 51, and a buried insulating pattern 4. Since the polysilicon pattern 51 has approximately the same coefficient of thermal expansion as the semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon, it is possible to reduce the physical stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion of the materials. Additionally, the polysilicon pattern 51 may serve as a common bias line. A negative voltage may be applied to the polysilicon pattern 51. Dark current characteristics can be improved by trapping holes that may exist on the surface of the deep trench 7. The side insulating layer 55 and the buried insulating pattern 4 may each independently have a single layer structure or a multi-layer structure of at least one of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a silicon oxynitride layer.

各々の画素PXで第1面1a上には図2を参照して説明した、転送トランジスタTXが配置されることができる。また、各々の画素PXでロジックトランジスタRX、SX、DXの中で少なくとも1つが配置されることができる。ロジックトランジスタRX、SX、DXは隣接画素PXとの間で互いに共有されることができる。転送トランジスタTXは転送ゲートTGとゲート絶縁膜GO及びその横に配置される浮遊拡散領域FDを含むことができる。 The transfer transistor TX described with reference to FIG. 2 can be arranged on the first surface 1a of each pixel PX. Furthermore, at least one of the logic transistors RX, SX, and DX may be arranged in each pixel PX. Logic transistors RX, SX, and DX can be shared with adjacent pixels PX. The transfer transistor TX may include a transfer gate TG, a gate insulating film GO, and a floating diffusion region FD disposed next to the transfer gate TG.

転送ゲートTGは一部が基板1内に挿入されるバーティカル型(vertical type)の形状を有することができる。又は転送ゲートTGはプレーナ型(planar type)の形状を有してもよい。ゲート絶縁膜GOは、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、及びhigh-k膜の中で少なくとも1つを含むことができる。high-k膜はシリコン酸化物の誘電率より高い誘電率を有する絶縁材料を含むことができる。転送ゲートTGは導電膜を含むことができる。浮遊拡散領域FDは前記第1導電型と反対の第2導電型の不純物でドーピングされることができる。図4Aで浮遊拡散領域FDは画素PXに各々配置されることと図示されたが、浮遊拡散領域FDは隣接画素PXとの間で互いに共有されることができる。この場合、浮遊拡散領域FDは隣接画素PXの間又はピクセルグループGP1~GP3の中心に位置することができる。 The transfer gate TG may have a vertical type shape in which a portion thereof is inserted into the substrate 1. Alternatively, the transfer gate TG may have a planar type shape. The gate insulating film GO may include, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, and a high-k film. A high-k film can include an insulating material having a dielectric constant higher than that of silicon oxide. Transfer gate TG can include a conductive film. The floating diffusion region FD may be doped with impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type. Although the floating diffusion regions FD are illustrated as being disposed in each pixel PX in FIG. 4A, the floating diffusion regions FD may be shared between adjacent pixels PX. In this case, the floating diffusion region FD may be located between adjacent pixels PX or at the center of the pixel groups GP1 to GP3.

各々の画素PXで第1面1aに隣接して基板1内には接地領域GRが配置されることができる。接地領域GRは基板1にドーピングされた前記第1導電型の不純物がドーピングされ、基板1にドーピングされた不純物の濃度より高い濃度にドーピングされることができる。 A ground region GR may be disposed in the substrate 1 adjacent to the first surface 1a of each pixel PX. The ground region GR may be doped with the first conductivity type impurity doped into the substrate 1, and may be doped at a higher concentration than the impurity doped into the substrate 1.

各々の画素PXで基板1内には光電変換部PDが配置されることができる。光電変換部PDは前記第1導電型と反対の第2導電型の不純物がドーピングされた領域であり得る。例えば、光電変換部PDはN型のヒ素やリンがドーピングされることができる。光電変換部PDは周辺の半導体基板1とPN接合を成してフォトダイオードを構成することができる。 A photoelectric conversion unit PD can be arranged within the substrate 1 in each pixel PX. The photoelectric conversion portion PD may be a region doped with impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type. For example, the photoelectric conversion unit PD may be doped with N-type arsenic or phosphorus. The photoelectric conversion portion PD can form a PN junction with the surrounding semiconductor substrate 1 to form a photodiode.

半導体基板1の第1面1aは層間絶縁膜ILで覆われることができる。層間絶縁膜ILはシリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、シリコン窒化膜、及び多孔性絶縁膜の中で少なくとも1つの単一膜又は多重膜構造を含むことができる。層間絶縁膜IL内には多層の配線5が配置されることができる。 The first surface 1a of the semiconductor substrate 1 may be covered with an interlayer insulating film IL. The interlayer insulating layer IL may include a single layer or a multilayer structure of at least one of a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer, a silicon nitride layer, and a porous insulating layer. Multilayer wiring 5 can be arranged within the interlayer insulating film IL.

画素PXは図3Aのように第1方向Xと第2方向Yに沿って2次元に配列されることができる。互いに隣接し、2列と2行で構成される2x2配列の4つの画素PXで1つのピクセルグループGP1~GP3を構成することができる。ピクセルグループGP1~GP3は各々対応されるカラーフィルターCF1~CF3とマイクロレンズMLで覆われることができる。即ち、2列と2行で構成される4つの画素PXを含む第1ピクセルグループGP1は1つの第1カラーフィルターCF1と1つのマイクロレンズMLで覆われることができる。2列と2行で構成される4つの画素PXを含む第2ピクセルグループGP2は1つの第2カラーフィルターCF2と1つのマイクロレンズMLで覆われることができる。2列と2行で構成される4つの画素PXを含む第3ピクセルグループGP3は1つの第3カラーフィルターCF3と1つのマイクロレンズMLで覆われることができる。マイクロレンズMLの下部は互いに連結されることができる。カラーフィルターCF1~CF3は各々緑色、赤色、及び青色の中で1つの色を有することができる。例えば、第1カラーフィルターCF1は赤色であり、第2カラーフィルターCF2は青色であり、そして第3カラーフィルターCF3は緑色であり得る。 The pixels PX may be two-dimensionally arranged along the first direction X and the second direction Y, as shown in FIG. 3A. One pixel group GP1 to GP3 can be configured by four pixels PX that are adjacent to each other and arranged in a 2x2 array consisting of two columns and two rows. The pixel groups GP1 to GP3 may be covered with corresponding color filters CF1 to CF3 and microlenses ML, respectively. That is, the first pixel group GP1 including four pixels PX arranged in two columns and two rows may be covered with one first color filter CF1 and one microlens ML. A second pixel group GP2 including four pixels PX arranged in two columns and two rows may be covered with one second color filter CF2 and one microlens ML. A third pixel group GP3 including four pixels PX arranged in two columns and two rows may be covered with one third color filter CF3 and one microlens ML. Lower portions of the microlenses ML may be connected to each other. Each of the color filters CF1-CF3 can have one color among green, red, and blue. For example, the first color filter CF1 may be red, the second color filter CF2 may be blue, and the third color filter CF3 may be green.

イメージセンサー500は1つのピクセルグループGP1~GP3上に配置される1つのマイクロレンズMLを通じて入ってくる光を4つの画素PXで感知して自動焦点機能を遂行することができる。また、1つのピクセルグループGP1~GP3を構成する4つの画素PXが画素分離部DTIによって分離されるので、隣接画素PXの間のブルーミング現象を防止することができる。したがって、優れた自動焦点機能を実行し、鮮明な画質を具現することができる。イメージセンサー500は自動焦点イメージセンサーであり得る。本例では2x2配列の4つの画素PXが1つのピクセルグループGP1~GP3を構成したが、本発明はこれに限定されない。即ち、nxm配列の画素PXが1つのピクセルグループGP1~GP3を成すことができ、この時、nとmは各々独立に2以上の自然数であり得る。 The image sensor 500 can perform an autofocus function by sensing light entering through one microlens ML arranged on one pixel group GP1 to GP3 using four pixels PX. Furthermore, since the four pixels PX constituting one pixel group GP1 to GP3 are separated by the pixel separation unit DTI, it is possible to prevent a blooming phenomenon between adjacent pixels PX. Therefore, it is possible to perform an excellent autofocus function and realize clear image quality. Image sensor 500 may be an autofocus image sensor. In this example, four pixels PX arranged in a 2×2 array constitute one pixel group GP1 to GP3, but the present invention is not limited thereto. That is, the pixels PX in the nxm array can form one pixel group GP1 to GP3, where n and m can each independently be a natural number of 2 or more.

カラーフィルターCF1~CF3と第2面1bとの間には固定電荷膜15が介在されることができる。固定電荷膜15は第2面1bと接することができる。固定電荷膜15は負の固定電荷を有することができる。固定電荷膜15はハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタニウム(Ti)、イットリウム、及びランタノイドを含むグループから選択される少なくとも1つの金属を含む金属酸化物(metal oxide)又は金属フッ化物(metal fluoride)で成されることができる。例えば、固定電荷膜15はハフニウム酸化膜又はアルミニウム酸化膜であり得る。この時、固定電荷膜15の周辺には正孔の蓄積(hole accumulation)が発生することができる。したがって、暗電流の発生及びホワイトスポット(white spot)を効果的に減少させることができる。 A fixed charge layer 15 may be interposed between the color filters CF1 to CF3 and the second surface 1b. The fixed charge film 15 can be in contact with the second surface 1b. Fixed charge film 15 can have negative fixed charges. The fixed charge film 15 is a metal oxide containing at least one metal selected from the group including hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminum (Al), tantalum (Ta), titanium (Ti), yttrium, and lanthanoids. (metal oxide) or metal fluoride (metal fluoride). For example, the fixed charge layer 15 may be a hafnium oxide layer or an aluminum oxide layer. At this time, hole accumulation may occur around the fixed charge layer 15. Therefore, the generation of dark current and white spots can be effectively reduced.

図示しないが、カラーフィルターCF1~CF3と固定電荷膜15との間に反射防止膜、平坦化膜等が追加に配置されることができる。反射防止膜46は、例えばシリコン酸化物又はシリコン窒化物を含むことができる。平坦化膜はシリコン酸化物を含むことができる。 Although not shown, an anti-reflection film, a planarization film, etc. may be additionally disposed between the color filters CF1 to CF3 and the fixed charge film 15. Anti-reflection film 46 can include, for example, silicon oxide or silicon nitride. The planarization film can include silicon oxide.

固定電荷膜15上に遮光グリッドWGが配置されることができる。遮光グリッドWGはピクセルグループGP1~GP3の間に位置する画素分離部DTIと重ねられることができる。ピクセルグループGP1~GP3の各々の中心で固定電荷膜15上に画素分離部DTIと重ねられる光調節器LSが配置されることができる。光調節器LSは遮光グリッドWGと離隔されることができる。 A light shielding grid WG may be disposed on the fixed charge film 15. The light shielding grid WG may be overlapped with the pixel separation part DTI located between the pixel groups GP1 to GP3. A light modulator LS may be disposed on the fixed charge layer 15 at the center of each of the pixel groups GP1 to GP3, and overlapped with the pixel isolation part DTI. The light adjuster LS may be separated from the light shielding grid WG.

光調節器LSはこの上に配置されるマイクロレンズMLの中心と重ねられることができる。例えば、光調節器LSの中心はこの上に配置されるマイクロレンズMLの中心と重ねられることができる。光調節器LSはカラーフィルターCF1~CF3のうち該当するものによって覆われることができる。遮光グリッドWGは隣接するカラーフィルターCF1~CF3で覆われることができる。 The light modulator LS can be overlapped with the center of the microlens ML disposed thereon. For example, the center of the light modulator LS can be overlapped with the center of the microlens ML disposed thereon. The light conditioner LS may be covered with a corresponding one of the color filters CF1 to CF3. The light blocking grid WG may be covered with adjacent color filters CF1 to CF3.

遮光グリッドWGは順に積層された第1遮光パターン17aと第1低屈折パターン25aを含むことができる。光調節器LSは順に積層された第2遮光パターン17bと第2低屈折パターン25bを含むことができる。第1遮光パターン17aと第2遮光パターン17bは互いに同一な厚さと同一な金属を含むことができる。例えば、第1遮光パターン17aと第2遮光パターン17bはチタニウム又はタングステンを含むことができる。第1低屈折パターン25aと第2低屈折パターン25bは互いに同一な誘電物質を含むことができる。第1低屈折パターン25aと第2低屈折パターン25bはカラーフィルターCF1~CF3の屈折率より低い屈折率を有することができる。好ましくは、第1低屈折パターン25aと第2低屈折パターン25bは1.3以下の屈折率を有する。したがって、図4Bのように入射される入射光L1、L2は光調節器LSによって屈折されて該当画素PXの光電変換部PDに入射される。 The light shielding grid WG may include a first light shielding pattern 17a and a first low refractive pattern 25a stacked in this order. The light conditioner LS may include a second light shielding pattern 17b and a second low refraction pattern 25b that are stacked in this order. The first light blocking pattern 17a and the second light blocking pattern 17b may have the same thickness and include the same metal. For example, the first light blocking pattern 17a and the second light blocking pattern 17b may include titanium or tungsten. The first low refraction pattern 25a and the second low refraction pattern 25b may include the same dielectric material. The first low refractive pattern 25a and the second low refractive pattern 25b may have a refractive index lower than the refractive index of the color filters CF1 to CF3. Preferably, the first low refractive pattern 25a and the second low refractive pattern 25b have a refractive index of 1.3 or less. Therefore, the incident lights L1 and L2 that are incident as shown in FIG. 4B are refracted by the light adjuster LS and then incident on the photoelectric conversion unit PD of the corresponding pixel PX.

図4Aのように遮光グリッドWGは第1幅WT1を有することができる。光調節器LSは第1幅WT1より広い第2幅WT2を有することができる。例えば、第2幅WT2は第1幅WT1の2~4倍であり得る。光調節器LSは平面的に図3A及び図3Bのように十字形状を有することができる。光調節器LSの第2幅WT2は画素分離部DTIの幅より広いことができる。光調節器LSはピクセルグループGP1~GP3の各々の中心に位置する画素分離部DTIを完全に覆うことができる。光調節器LSは(直)方形の断面を有することができる。 As shown in FIG. 4A, the light blocking grid WG may have a first width WT1. The light conditioner LS may have a second width WT2 that is wider than the first width WT1. For example, the second width WT2 may be two to four times the first width WT1. The light adjuster LS may have a cross shape in plan view as shown in FIGS. 3A and 3B. The second width WT2 of the light adjuster LS may be wider than the width of the pixel separation part DTI. The light conditioner LS can completely cover the pixel isolation part DTI located at the center of each of the pixel groups GP1 to GP3. The light modulator LS can have a (right) rectangular cross section.

図4Aのように遮光グリッドWGの上面は第1レベルLV1を有することができる。光調節器LSの上面は第2レベルLV2を有することができる。本例において、第2レベルLV2は第1レベルLV1と同一であり得る。光調節器LSの上面はマイクロレンズMLの焦点距離に位置するか、又は焦点距離付近に位置することができる。好ましくは、マイクロレンズMLの上端から光調節器LSの上面までの距離DS2はマイクロレンズMLの曲率半径DS1の1/3~2/3にあることができる。したがって、図4Bのように、マイクロレンズMLを通じて入射される光L1、L2は光調節器LSによって散乱されて光電変換部PDに入射される。したがって、光L1、L2が光調節器LS下の画素分離部DTI内に位置するポリシリコンパターン51に入射されることを防止することができる。ポリシリコンは光を吸収する性質があるので、ポリシリコンパターン51に光が入射される場合、光損失が発生し、したがって量子効率(入射フォトン信号エレクトロン変換効率)が低下してしまい得る。本発明では光調節器LSによって量子効率を向上させることができる。したがって、イメージセンサーで光量が増加し、光感度が改善されて鮮明な画質を具現することができる。また、優れた自動焦点機能を提供することができる。 As shown in FIG. 4A, the upper surface of the light shielding grid WG may have a first level LV1. The top surface of the light conditioner LS may have a second level LV2. In this example, the second level LV2 may be the same as the first level LV1. The upper surface of the light conditioner LS may be located at or near the focal length of the microlens ML. Preferably, the distance DS2 from the upper end of the microlens ML to the upper surface of the light adjuster LS may be between 1/3 and 2/3 of the radius of curvature DS1 of the microlens ML. Therefore, as shown in FIG. 4B, the lights L1 and L2 that are incident through the microlens ML are scattered by the light adjuster LS and are incident on the photoelectric conversion unit PD. Therefore, it is possible to prevent the lights L1 and L2 from entering the polysilicon pattern 51 located within the pixel isolation section DTI below the light adjuster LS. Since polysilicon has the property of absorbing light, when light is incident on the polysilicon pattern 51, optical loss occurs, and therefore quantum efficiency (incident photon signal electron conversion efficiency) may decrease. In the present invention, the quantum efficiency can be improved by the light regulator LS. Therefore, the amount of light in the image sensor increases, the light sensitivity is improved, and clear image quality can be realized. It can also provide excellent autofocus functionality.

図5A及び図5Bは図4Aの断面を有するイメージセンサーの製造過程を順次的に示す断面図である。 5A and 5B are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an image sensor having the cross section of FIG. 4A.

図5Aを参照すれば、互いに反対側の第1面1aと第2面1bを有する基板1を準備する。通常のプロセスを通じて基板1に浅い素子分離部2と画素分離部DTIを形成して画素PXを限定する。画素分離部DTIは不純物がドーピングされたポリシリコンパターン51、その側壁を囲む側面絶縁膜55、そして埋め込み絶縁パターン4を含むように形成されることができる。側面絶縁膜55は深いトレンチ7の底面を覆うように形成されることができる。側面絶縁膜55は第2面1bと離隔されるように形成されることができる。各画素PXで基板1内に光電変換部PDを形成する。第1面1a上に転送ゲートTG、ゲート絶縁膜GO、その横に配置される浮遊拡散領域FD、及び接地領域GRを形成する。第1面1a上に多層の配線5と層間絶縁膜ILを形成する。基板1を覆して第2面1bが上になるようにする。 Referring to FIG. 5A, a substrate 1 having a first surface 1a and a second surface 1b opposite to each other is prepared. A shallow element isolation section 2 and a pixel isolation section DTI are formed on the substrate 1 through a normal process to define the pixel PX. The pixel isolation part DTI may be formed to include a polysilicon pattern 51 doped with impurities, a side insulating layer 55 surrounding the sidewalls of the polysilicon pattern 51, and a buried insulating pattern 4. The side insulating film 55 may be formed to cover the bottom of the deep trench 7. The side insulating film 55 may be formed to be separated from the second surface 1b. A photoelectric conversion unit PD is formed in the substrate 1 in each pixel PX. A transfer gate TG, a gate insulating film GO, a floating diffusion region FD arranged next to the transfer gate TG, and a ground region GR are formed on the first surface 1a. Multilayer wiring 5 and interlayer insulating film IL are formed on first surface 1a. Turn the substrate 1 over so that the second surface 1b is on top.

図5Bを参照すれば、基板1の第2面1bに対してバックグラインディング工程を進行して基板1の一部と側面絶縁膜55の一部を除去して画素分離部DTIのポリシリコンパターン51を露出させる。基板1の第2面1b上に固定電荷膜15を形成する。そして、固定電荷膜15上に遮光膜と低屈折膜を順に積層した後、該低屈折膜と該遮光膜を順次にエッチングして遮光グリッドWGと光調節器LSを形成し、固定電荷膜15を露出させる。遮光グリッドWGは順に積層された第1遮光パターン17aと第1低屈折パターン25aを含むことができる。光調節器LSは順に積層された第2遮光パターン17bと第2低屈折パターン25bを含むことができる。光調節器LSはピクセルグループGP1~GP3の各々の中心で画素分離部DTIと重ねられるように形成されることができる。光調節器LSは平面的に図3Aのように十字形状を有するように形成されることができる。 Referring to FIG. 5B, a back grinding process is performed on the second surface 1b of the substrate 1 to remove a portion of the substrate 1 and a portion of the side insulating film 55, thereby forming a polysilicon pattern of the pixel isolation portion DTI. 51 is exposed. A fixed charge film 15 is formed on the second surface 1b of the substrate 1. After sequentially stacking a light shielding film and a low refractive film on the fixed charge film 15, the low refractive film and the light shielding film are sequentially etched to form a light shielding grid WG and a light adjuster LS, and the fixed charge film 15 expose. The light shielding grid WG may include a first light shielding pattern 17a and a first low refractive pattern 25a stacked in this order. The light conditioner LS may include a second light shielding pattern 17b and a second low refraction pattern 25b that are stacked in this order. The light conditioner LS may be formed to overlap the pixel separation unit DTI at the center of each of the pixel groups GP1 to GP3. The light adjuster LS may be formed to have a cross shape in plan view, as shown in FIG. 3A.

本発明では遮光グリッドWGを形成する時、光調節器LSを同時に形成することができる。したがって、光調節器LSを形成するための別の工程が不要であるので、工程を単純化することができる。 In the present invention, when forming the light shielding grid WG, the light adjuster LS can be formed at the same time. Therefore, a separate process for forming the light adjuster LS is not required, so the process can be simplified.

続いて、図3A及び図4Aを参照して、固定電荷膜15上にカラーフィルターCF1~CF3を形成する。カラーフィルターCF1~CF3のうち1つが対応する1つのピクセルグループGP1~GP3を覆うように形成される。カラーフィルターCF1~CF3は遮光グリッドWGと光調節器LSを覆うことができる。カラーフィルターCF1~CF3上に各々マイクロレンズMLを形成する。 Next, referring to FIGS. 3A and 4A, color filters CF1 to CF3 are formed on fixed charge film 15. One of the color filters CF1 to CF3 is formed to cover a corresponding one of the pixel groups GP1 to GP3. The color filters CF1 to CF3 can cover the light shielding grid WG and the light adjuster LS. Microlenses ML are formed on each of color filters CF1 to CF3.

図6A乃至図6Dは本発明の実施形態によるイメージセンサーの部分平面図を示す。 6A-6D illustrate partial top views of image sensors according to embodiments of the present invention.

図6Aを参照すれば、本例による光調節器LSは平面的に円形を有することができる。光調節器LSは遮光グリッドWGと離隔されることができ、これらの間で画素分離部DTIが露出されることができる。 Referring to FIG. 6A, the light adjuster LS according to the present example may have a circular shape in plan. The light adjuster LS may be separated from the light shielding grid WG, and the pixel isolation part DTI may be exposed between them.

又は図6Bを参照すれば、光調節器LSは平面的に十字形状を有することができる。光調節器LSはグリッド突出部WGPによって遮光グリッドWGと連結されることができる。グリッド突出部WGPは画素分離部DTIと重ねられる。この場合、画素分離部DTIは光調節器LSと遮光グリッドWGとの間で露出されない。光調節器LS、グリッド突出部WGP、及び遮光グリッドWGは一体になされることができ、これらの間には境界領域が存在しないとし得る。 Alternatively, referring to FIG. 6B, the light adjuster LS may have a cross shape in plan. The light conditioner LS may be connected to the light shielding grid WG through a grid protrusion WGP. The grid protruding portion WGP is overlapped with the pixel separation portion DTI. In this case, the pixel isolation portion DTI is not exposed between the light adjuster LS and the light shielding grid WG. The light conditioner LS, the grid protrusion WGP, and the light shielding grid WG may be integrated, and there may be no boundary area between them.

又は図6Cを参照すれば、光調節器LSは平面的に十字形状を有することができる。光調節器LSは内部に空き空間CVを有することができる。空き空間CVは1つのピクセルグループGP1~GP3の中心と重ねられることができる。光調節器LSは遮光グリッドWGと離隔されることができ、これらの間で画素分離部DTIが露出されることができる。 Alternatively, referring to FIG. 6C, the light adjuster LS may have a cross shape in plan view. The light regulator LS may have an empty space CV inside. The free space CV can be overlapped with the center of one pixel group GP1 to GP3. The light adjuster LS may be separated from the light shielding grid WG, and the pixel isolation part DTI may be exposed between them.

又は図6Dを参照すれば、光調節器LSは平面的に方形、ピラミッド形、又は斜方形状を有することができる。光調節器LSは遮光グリッドWGと離隔されることができ、これらの間で画素分離部DTIが露出されることができる。 Alternatively, referring to FIG. 6D, the light modulator LS may have a rectangular, pyramidal, or rhombic shape in plan view. The light adjuster LS may be separated from the light shielding grid WG, and the pixel isolation part DTI may be exposed between them.

図7A及び図7Bは本発明の実施形態によるイメージセンサーの平面図を示す。 7A and 7B show top views of image sensors according to embodiments of the present invention.

図7Aを参照すれば、本例によるイメージセンサー501は様々な形状の光調節器LS1~LS4を含むことができる。光調節器LS1~LS4は各々遮光グリッドWGと離隔される。例えば、図7Aで最も上側で左側から1番目に位置する第1ピクセルグループGP1の中心には図3Bに開示された十字形状の第1光調節器LS1が配置されることができる。図7Aで最も上側で左側から2番目に位置する第3ピクセルグループGP3の中心には図6Aに開示された円形状の第2光調節器LS2が配置されることができる。図7Aで最も上側で左側から3番目に位置する第1ピクセルグループGP1の中心には図6Dに開示された斜方形状の第3光調節器LS3が配置されることができる。図7Aで最も上側で左側から4番目に位置する第3ピクセルグループGP3の中心には図6Cに開示された内部に空き空間CVを有する十字形状の第4光調節器LS4が配置されることができる。光調節器LS1~LS4の位置は各列毎又は各行毎に変わることができる。 Referring to FIG. 7A, the image sensor 501 according to the present example may include light modulators LS1 to LS4 of various shapes. Each of the light regulators LS1 to LS4 is separated from the light shielding grid WG. For example, the cross-shaped first light adjuster LS1 disclosed in FIG. 3B may be disposed at the center of the first pixel group GP1 located at the top and first from the left in FIG. 7A. The circular second light adjuster LS2 disclosed in FIG. 6A may be disposed at the center of the third pixel group GP3 located at the top and second from the left in FIG. 7A. At the center of the first pixel group GP1 located third from the left at the top in FIG. 7A, the third light adjuster LS3 having a diagonal shape as shown in FIG. 6D may be disposed. At the center of the third pixel group GP3 located fourth from the left at the top in FIG. 7A, a cross-shaped fourth light regulator LS4 having an internal empty space CV disclosed in FIG. 6C may be disposed. can. The positions of the light modulators LS1-LS4 can vary from column to column or from row to row.

図7Bを参照すれば、本例によるイメージセンサー502の光調節器LSはグリッド突出部WGPによって遮光グリッドWGと連結されることができる。図7Bのイメージセンサー502は図6Bに開示された1つのピクセルグループGP1~GP3が複数に提供されて2次元に配列された形状を有する。 Referring to FIG. 7B, the light conditioner LS of the image sensor 502 according to the present example may be connected to the light shielding grid WG through the grid protrusion WGP. The image sensor 502 of FIG. 7B has a shape in which a plurality of pixel groups GP1 to GP3 as shown in FIG. 6B are provided and arranged in two dimensions.

図8A乃至図8Eは本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。 8A to 8E are cross-sectional views of FIG. 3A taken along line A-A' according to an embodiment of the present invention.

図8Aを参照すれば、本例によるイメージセンサー503では遮光グリッドWGの上面は第1レベルLV1を有することができる。光調節器LSの上面は第2レベルLV2を有することができる。本例において、第2レベルLV2は第1レベルLV1と異なることができる。第2レベルLV2は第1レベルLV1より高いことができる。その外の構成は図4Aを参照して説明したことと同一であり得る。 Referring to FIG. 8A, in the image sensor 503 according to the present example, the upper surface of the light blocking grid WG may have a first level LV1. The top surface of the light conditioner LS may have a second level LV2. In this example, the second level LV2 may be different from the first level LV1. The second level LV2 may be higher than the first level LV1. Other configurations may be the same as described with reference to FIG. 4A.

図8Bを参照すれば、本例によるイメージセンサー504では光調節器LSは傾いた側壁を有することができる。光調節器LSは三角形状の断面を有することができる。その外の構成は図8Aを参照して説明したことと同一であり得る。 Referring to FIG. 8B, in the image sensor 504 according to the present example, the light conditioner LS may have an inclined sidewall. The light modulator LS can have a triangular cross section. The other configuration may be the same as that described with reference to FIG. 8A.

図8Cを参照すれば、本例によるイメージセンサー505では光調節器LSは空き空間CVを有することができる。空き空間CVはエアギャップ領域とも称されることができる。空き空間CVは第2遮光パターン17bの上部面を露出させることができる。第2低屈折パターン25bは空き空間CVの上端と側面を限定することができる。その外の構成は図4Aを参照して説明したことと同一であり得る。図8Cは図6Cの断面に該当することができる。 Referring to FIG. 8C, in the image sensor 505 according to the present example, the light adjuster LS may have an empty space CV. The empty space CV can also be referred to as an air gap region. The empty space CV may expose the upper surface of the second light blocking pattern 17b. The second low refraction pattern 25b can limit the top and side surfaces of the empty space CV. Other configurations may be the same as described with reference to FIG. 4A. FIG. 8C may correspond to the cross section of FIG. 6C.

図8Dを参照すれば、本例によるイメージセンサー506では光調節器LS、遮光グリッドWG、及び固定電荷膜15はガス透過膜GSPLでコンフォーマルに覆われることができる。ガス透過膜GSPLは二酸化シリコン(SiO)、水素炭化酸化シリコン(SiOCH)、窒化炭化シリコン(SiCN)を含むグループから選択される少なくとも1つの物質で形成されることができる。ガス透過膜GSPLは0.001~5nmの厚さを有することができる。この時、遮光グリッドWG及び光調節器LSをそれぞれ構成する第1及び第2低屈折パターン25a、25bはエアギャップ領域であり得る。図8Dのイメージセンサー506は図5Bの段階で第1及び第2低屈折パターン25a、25bを、熱や光(例えば、紫外線)によって分解されることができる物質で形成し、第1及び第2低屈折パターン25a、25b上にガス透過膜GSPLをコンフォーマルに形成した後、第1及び第2低屈折パターン25a、25bに熱を加えるか、或いは光を照射することができる。したがって、第1及び第2低屈折パターン25a、25bが分解されて小さい分子量のガスに分解され、該ガスはガス透過膜GSPLを通じて抜け出すことができる。したがって、第1及び第2低屈折パターン25a、25bはエアギャップ領域に変わることができる。 Referring to FIG. 8D, in the image sensor 506 according to the present example, the light adjuster LS, the light shielding grid WG, and the fixed charge film 15 may be conformally covered with a gas permeable film GSPL. The gas permeable film GSPL may be formed of at least one material selected from the group including silicon dioxide (SiO 2 ), silicon oxide hydrogen carbide (SiOCH), and silicon nitride carbide (SiCN). The gas permeable membrane GSPL may have a thickness of 0.001 to 5 nm. At this time, the first and second low refractive patterns 25a and 25b forming the light shielding grid WG and the light adjuster LS, respectively, may be air gap regions. In the image sensor 506 of FIG. 8D, the first and second low refractive patterns 25a and 25b are formed of a material that can be decomposed by heat or light (for example, ultraviolet light) in the step of FIG. After the gas permeable film GSPL is conformally formed on the low refractive patterns 25a and 25b, heat or light can be applied to the first and second low refractive patterns 25a and 25b. Accordingly, the first and second low refractive patterns 25a and 25b are decomposed into gases having a small molecular weight, and the gases can escape through the gas permeable film GSPL. Therefore, the first and second low refractive index patterns 25a and 25b can be transformed into air gap regions.

図8Eを参照すれば、本例によるイメージセンサー507では画素分離部DTIが深いトレンチ7内に配置されることができる。深いトレンチ7は第2面1bから第1面1aに向かって形成されることができる。深いトレンチ7の幅は第2面1bから第1面1aに行くほど、狭くなることができる。画素分離部DTIは深いトレンチ7の側壁をコンフォーマルに覆う固定電荷膜9と深いトレンチ7を満たす埋め込み絶縁膜11を含むことができる。固定電荷膜9は負の固定電荷を有することができる。固定電荷膜9はハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタニウム(Ti)、イットリウム、及びランタノイドを含むグループから選択される少なくとも1つの金属を含む金属酸化物(metal oxide)、又は金属フッ化物(metal fluoride)で成されることができる。例えば、固定電荷膜9はハフニウム酸化膜又はアルミニウム酸化膜であり得る。この時、固定電荷膜9の周辺には正孔の蓄積(hole accumulation)が発生することができる。したがって、暗電流の発生及びホワイトスポット(white spot)を効果的に減少させることができる。又は埋め込み絶縁膜11はステップカバレッジ特性がよい絶縁膜で、例えばシリコン酸化膜で形成されることができる。図示しないが、平面視において深いトレンチ7は格子形状を有することができる。固定電荷膜9は第2面1b上に延長されて第2面1bと接することができる。埋め込み絶縁膜11も第2面1b上に延長されることができる。 Referring to FIG. 8E, in the image sensor 507 according to the present example, the pixel isolation part DTI may be disposed in the deep trench 7. The deep trench 7 may be formed from the second surface 1b toward the first surface 1a. The width of the deep trench 7 can become narrower from the second surface 1b to the first surface 1a. The pixel isolation portion DTI may include a fixed charge layer 9 conformally covering the sidewall of the deep trench 7 and a buried insulating layer 11 filling the deep trench 7 . Fixed charge film 9 can have negative fixed charges. Fixed charge film 9 is a metal oxide containing at least one metal selected from the group including hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminum (Al), tantalum (Ta), titanium (Ti), yttrium, and lanthanoids. (metal oxide) or metal fluoride. For example, the fixed charge film 9 may be a hafnium oxide film or an aluminum oxide film. At this time, hole accumulation may occur around the fixed charge layer 9. Therefore, the generation of dark current and white spots can be effectively reduced. Alternatively, the buried insulating film 11 may be an insulating film with good step coverage characteristics, such as a silicon oxide film. Although not shown, the deep trench 7 can have a lattice shape in plan view. The fixed charge film 9 may be extended onto the second surface 1b and may be in contact with the second surface 1b. The buried insulating layer 11 may also extend onto the second surface 1b.

半導体基板1内には画素分離部DTIと浅い素子分離部2との間に介在される素子分離領域3が配置されることができる。素子分離領域3には第1導電型の不純物がドーピングされることができる。素子分離領域3にドーピングされた前記第1導電型の不純物の濃度は半導体基板1にドーピングされた前記第1導電型の不純物の濃度より高いことができる。 A device isolation region 3 interposed between a pixel isolation portion DTI and a shallow device isolation portion 2 may be disposed within the semiconductor substrate 1 . The device isolation region 3 may be doped with a first conductivity type impurity. The concentration of the first conductivity type impurity doped into the device isolation region 3 may be higher than the concentration of the first conductivity type impurity doped into the semiconductor substrate 1.

埋め込み絶縁膜11上には補助絶縁膜16が配置されることができる。補助絶縁膜16は反射防止膜及び/又は平坦化膜を含むことができる。補助絶縁膜16はシリコン窒化膜及び/又は有機絶縁膜を含むことができる。その外の構成は図4Aを参照して説明したことと同一であり得る。 An auxiliary insulating layer 16 may be disposed on the buried insulating layer 11 . The auxiliary insulating layer 16 may include an anti-reflection layer and/or a planarization layer. The auxiliary insulating layer 16 may include a silicon nitride layer and/or an organic insulating layer. Other configurations may be the same as described with reference to FIG. 4A.

図9は本発明の実施形態によるイメージセンサーの断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view of an image sensor according to an embodiment of the present invention.

図9を参照すれば、本例によるイメージセンサー508は第1サブチップCH1と第2サブチップCH2がボンディングされた構造を有することができる。第1サブチップCH1は、好ましくはイメージセンシング機能をすることができる。第2サブチップCH2は、好ましくは第1サブチップCH1を駆動するか、或いは第1サブチップCH1で発生された電気信号を格納するための回路を含むことができる。 Referring to FIG. 9, the image sensor 508 according to the present example may have a structure in which a first sub-chip CH1 and a second sub-chip CH2 are bonded. The first sub-chip CH1 preferably has an image sensing function. The second subchip CH2 may preferably include circuitry for driving the first subchip CH1 or for storing electrical signals generated in the first subchip CH1.

第2サブチップCH2は第2基板100、第2基板100に配置される複数のトランジスタTR、第2基板100を覆う第2層間絶縁膜110、第2層間絶縁膜110内に配置される第2配線112を含むことができる。第2層間絶縁膜110はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、及び多孔性絶縁膜の中で少なくとも1つの単一膜又は多重膜構造を有することができる。第1サブチップCH1と第2サブチップCH2はボンディングされる。したがって、第1層間絶縁膜ILと第2層間絶縁膜110は接することができる。 The second subchip CH2 includes a second substrate 100, a plurality of transistors TR disposed on the second substrate 100, a second interlayer insulating film 110 covering the second substrate 100, and a second wiring disposed within the second interlayer insulating film 110. 112. The second interlayer insulating layer 110 may have a single layer structure or a multilayer structure of at least one of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, and a porous insulating layer. The first subchip CH1 and the second subchip CH2 are bonded. Therefore, the first interlayer insulating film IL and the second interlayer insulating film 110 can be in contact with each other.

第1サブチップCH1はパッド領域PAD、連結領域CNR、光学ブラック領域OB、及び画素アレイ領域APSを含む第1基板1を含む。画素アレイ領域APSは複数の画素PXを含むことができる。画素アレイ領域APSで第1基板1に画素分離部DTIが配置されて画素PXを分離することができる。第1基板1には第1面1aに隣接して浅い素子分離部2が配置されることができる。画素分離部DTIは浅い素子分離部2を貫通することができる。画素PXの各々で第1基板1内に光電変換部PDが配置されることができる。各画素PXで第1基板1の第1面1a上に転送ゲートTGが配置されることができる。転送ゲートTGの一側で第1基板1内に浮遊拡散領域FDが配置されることができる。第1面1aは第1層間絶縁膜ILで覆われることができる。第1層間絶縁膜IL内には配線5とコンタクトCT1が配置されることができる。 The first subchip CH1 includes a first substrate 1 including a pad area PAD, a connection area CNR, an optical black area OB, and a pixel array area APS. The pixel array area APS can include a plurality of pixels PX. A pixel isolation section DTI is disposed on the first substrate 1 in the pixel array region APS to isolate the pixels PX. A shallow isolation portion 2 may be disposed on the first substrate 1 adjacent to the first surface 1a. The pixel isolation section DTI can penetrate the shallow element isolation section 2. A photoelectric conversion unit PD may be disposed within the first substrate 1 in each pixel PX. A transfer gate TG may be disposed on the first surface 1a of the first substrate 1 in each pixel PX. A floating diffusion region FD may be disposed within the first substrate 1 on one side of the transfer gate TG. The first surface 1a may be covered with a first interlayer insulating layer IL. The wiring 5 and the contact CT1 can be arranged in the first interlayer insulating film IL.

光学ブラック領域OBでは基板1内に光が入射されないとし得る。画素分離部DTIは光学ブラック領域OBにも延長されて第1ブラック画素PXO1と第2ブラック画素PXO2を分離することができる。第1ブラック画素PXO1で第1基板1内に光電変換部PDが配置されることができる。第2ブラック画素PXO2では第1基板1内に光電変換部PDが存在しない。第1ブラック画素PXO1と第2ブラック画素PXO2に全て転送ゲートTGと浮遊拡散領域FDが配置されることができる。第1ブラック画素PXO1は、光が遮断された光電変換部PDから発生されることができる電荷量を感知して第1基準電荷量を提供することができる。第1基準電荷量は単位画素UPから発生された電荷量を計算する時、相対的な基準値になることができる。第2ブラック画素PXO2は、光電変換部PDがない状態で発生されることができる電荷量を感知して第2基準電荷量を提供することができる。第2基準電荷量は工程ノイズを除去する情報として使用されることができる。 It may be assumed that no light enters the substrate 1 in the optical black region OB. The pixel separation part DTI extends to the optical black area OB and can separate the first black pixel PXO1 and the second black pixel PXO2. A photoelectric conversion unit PD may be disposed within the first substrate 1 in the first black pixel PXO1. In the second black pixel PXO2, there is no photoelectric conversion unit PD within the first substrate 1. A transfer gate TG and a floating diffusion region FD may be disposed in the first black pixel PXO1 and the second black pixel PXO2. The first black pixel PXO1 may sense the amount of charge that can be generated from the photoelectric conversion unit PD from which light is blocked, and may provide a first reference amount of charge. The first reference charge amount may serve as a relative reference value when calculating the charge amount generated from the unit pixel UP. The second black pixel PXO2 may sense the amount of charge that can be generated without the photoelectric conversion unit PD, and may provide a second reference amount of charge. The second reference charge amount can be used as information for removing process noise.

第1固定電荷膜24、第2固定電荷膜42、第1保護膜44、及び第2保護膜56は光学ブラック領域OB、連結領域CNRとパッド領域PAD上の第2面1b上にも延長されることができる。 The first fixed charge film 24, the second fixed charge film 42, the first protection film 44, and the second protection film 56 are also extended onto the second surface 1b on the optical black area OB, the connection area CNR, and the pad area PAD. can be done.

連結領域CNRで連結コンタクトBCAは第1保護膜44、第2固定電荷膜42、及び第1基板1の一部を貫通して画素分離部DTIのポリシリコンパターン51pと接することができる。連結コンタクトBCAは第1トレンチ46内に位置することができる。連結コンタクトBCAは第1トレンチ46の内側壁と底面をコンフォーマルに覆う第1拡散防止パターン17d、第1拡散防止パターン17d上の第1金属パターン52、そして第1トレンチ46を満たす第2金属パターン54を含むことができる。 In the connection region CNR, the connection contact BCA may penetrate through the first passivation layer 44, the second fixed charge layer 42, and a portion of the first substrate 1 to contact the polysilicon pattern 51p of the pixel isolation portion DTI. The coupling contact BCA may be located within the first trench 46 . The connection contact BCA includes a first diffusion prevention pattern 17d that conformally covers the inner wall and bottom surface of the first trench 46, a first metal pattern 52 on the first diffusion prevention pattern 17d, and a second metal pattern that fills the first trench 46. 54.

第1拡散防止パターン17dの一部は光学ブラック領域OB上の第1保護膜44上に延長されて第1光学ブラックパターン17cを提供することができる。第1金属パターン52の一部は光学ブラック領域OB上の第1光学ブラックパターン17c上に延長されて第2光学ブラックパター52aを提供することができる。第2光学ブラックパターン52aと連結コンタクトBCAは第2保護膜56で覆われることができる。光学ブラック領域OBと連結領域CNRで第3光学ブラックパターンCFBが保護膜56上に位置することができる。 A portion of the first anti-diffusion pattern 17d may be extended onto the first protective layer 44 on the optical black area OB to provide a first optical black pattern 17c. A portion of the first metal pattern 52 may be extended onto the first optical black pattern 17c on the optical black area OB to provide a second optical black pattern 52a. The second optical black pattern 52a and the connection contact BCA may be covered with a second protective layer 56. A third optical black pattern CFB may be located on the protective layer 56 between the optical black area OB and the connection area CNR.

連結領域CNRで連結コンタクトBCAの横に第1ビアV1が配置されることができる。第1ビアV1はバックバイアススタック(Back Bias Stack)ビアとも称されることができる。第1ビアV1は第1保護膜44、第2固定電荷膜42、第1固定電荷膜24、第1基板1、第1層間絶縁膜IL、及び第2層間絶縁膜110の一部を貫通して第1配線5のうちの一部及び第2配線112のうちの一部と同時に接することができる。 A first via V1 may be disposed next to the connection contact BCA in the connection region CNR. The first via V1 may also be referred to as a back bias stack via. The first via V1 penetrates through a portion of the first protective film 44, the second fixed charge film 42, the first fixed charge film 24, the first substrate 1, the first interlayer insulating film IL, and the second interlayer insulating film 110. can be in contact with a part of the first wiring 5 and a part of the second wiring 112 at the same time.

第1ビアV1は第1ビアホールH1内に配置されることができる。第1ビアV1は第1拡散防止パターン17dと第1拡散防止パターン17d上の第1ビアパターン52bを含むことができる。第1ビアパターン52bは第1金属パターン52と互いに連結されることができる。連結コンタクトBCAは第1ビアV1を通じて第1配線5のうちの一部及び第2配線112のうちの一部と連結されることができる。 The first via V1 may be disposed within the first via hole H1. The first via V1 may include a first diffusion prevention pattern 17d and a first via pattern 52b on the first diffusion prevention pattern 17d. The first via pattern 52b may be connected to the first metal pattern 52. The connection contact BCA may be connected to a portion of the first wiring 5 and a portion of the second wiring 112 through the first via V1.

第1拡散防止パターン17dと第1ビアパターン52bは各々第1ビアホールH1の内側壁をコンフォーマルに覆うことができる。第1拡散防止パターン17dと第1ビアパターン52bは第1ビアホールH1を完全には満たすことができない。第1低屈折残余膜50bが第1ビアホーH1を満たすことができる。第1低屈折残余膜50b上にはカラーフィルター残余膜CFRが配置されることができる。 The first diffusion prevention pattern 17d and the first via pattern 52b may each conformally cover an inner wall of the first via hole H1. The first diffusion prevention pattern 17d and the first via pattern 52b cannot completely fill the first via hole H1. The first low refractive index residual film 50b can fill the first via hole H1. A color filter residual film CFR may be disposed on the first low refractive residual film 50b.

パッド領域PADで互いに連結される外部連結パッド62と第2ビアV2が配置されることができる。外部連結パッド62は第1保護膜44、第2固定電荷膜42、第1固定電荷膜24、及び第1基板1の一部を貫通することができる。外部連結パッド62は第4トレンチ60内に配置されることができる。外部連結パッド62は第4トレンチ60の内壁と底面をコンフォーマルに順に覆う第3拡散防止パターン17eと第1パッドパターン52c、そして第4トレンチ60を満たす第2パッドパターン54aを含むことができる。 An external connection pad 62 and a second via V2 may be arranged to be connected to each other in the pad region PAD. The external connection pad 62 may penetrate through the first protective layer 44 , the second fixed charge layer 42 , the first fixed charge layer 24 , and a portion of the first substrate 1 . The external connection pad 62 may be disposed within the fourth trench 60. The external connection pad 62 may include a third anti-diffusion pattern 17e and a first pad pattern 52c that sequentially cover the inner wall and bottom of the fourth trench 60 conformally, and a second pad pattern 54a that fills the fourth trench 60.

第2ビアV2は第1保護膜44、第2固定電荷膜42、第1固定電荷膜24、第1基板1、第1層間絶縁膜ILと第2層間絶縁膜110の一部を貫通して第2配線112のうちの一部と接することができる。外部連結パッド62は第2ビアV2を通じて第2配線112のうちの一部と連結されることができる。第2ビアV2は第2ビアホールH2内に配置されることができる。第2ビアV2は第2ビアホールH2の内側壁と底面をコンフォーマルに順に覆う第4拡散防止パターン17fと第2ビアパターン52dを含むことができる。第4拡散防止パターン17fと第2ビアパターン52dは第2ビアホールH2を完全には満たすことができない。第2低屈折残余膜50cが第2ビアホールH2を満たすことができる。第2低屈折残余膜50c上にはカラーフィルター残余膜CFRが配置されることができる。 The second via V2 penetrates through the first protective film 44, the second fixed charge film 42, the first fixed charge film 24, the first substrate 1, the first interlayer insulating film IL, and a part of the second interlayer insulating film 110. It can be in contact with a part of the second wiring 112. The external connection pad 62 may be connected to a portion of the second wiring 112 through a second via V2. The second via V2 may be disposed within the second via hole H2. The second via V2 may include a fourth anti-diffusion pattern 17f and a second via pattern 52d that sequentially and conformally cover an inner wall and a bottom surface of the second via hole H2. The fourth diffusion prevention pattern 17f and the second via pattern 52d cannot completely fill the second via hole H2. The second low refractive index residual film 50c can fill the second via hole H2. A color filter residual layer CFR may be disposed on the second low refractive index residual layer 50c.

第1及び第2遮光パターン17a、17b、第1拡散防止パターン17d、第1光学ブラックパターン17c、拡散防止パターン17d~17fは互いに同一な厚さと同一な物質(例えば、チタニウム)を有することができる。第1金属パターン52、第2光学ブラックパターン52a、第1ビアパターン52b、第1パッドパターン52c、及び第2ビアパターン52dは互いに同一な厚さと同一な物質(例えば、タングステン)を有することができる。第2金属パターン54と第2パッドパターン54aは互いに同一な物質(例えば、アルミニウム)を有することができる。 The first and second light blocking patterns 17a and 17b, the first anti-diffusion pattern 17d, the first optical black pattern 17c, and the anti-diffusion patterns 17d to 17f may have the same thickness and the same material (for example, titanium). . The first metal pattern 52, the second optical black pattern 52a, the first via pattern 52b, the first pad pattern 52c, and the second via pattern 52d may have the same thickness and the same material (e.g., tungsten). . The second metal pattern 54 and the second pad pattern 54a may be made of the same material (eg, aluminum).

第1及び第2低屈折パターン25a、25b、第1低屈折残余膜50b、及び第2低屈折残余膜50cは互いに同一な物質を有することができる。カラーフィルター残余膜CFRはカラーフィルターCF1、CF2のうち1つと同一なカラー及び物質を含むことができる。 The first and second low refractive index patterns 25a and 25b, the first low refractive index residual layer 50b, and the second low refractive index layer 50c may include the same material. The color filter residual film CFR may include the same color and material as one of the color filters CF1 and CF2.

第1遮光パターン17aと第1低屈折パターン25aは遮光グリッドWGを構成することができる。第2遮光パターン17bと第2低屈折パターン25bは光調節器LSを構成することができる。 The first light shielding pattern 17a and the first low refraction pattern 25a can constitute a light shielding grid WG. The second light shielding pattern 17b and the second low refraction pattern 25b may constitute a light adjuster LS.

第2保護膜56はパッド領域PADにも延長され、第2パッドパターン54aを露出させる開口部を有することができる。複数のマイクロレンズMLを含むマイクロレンズアレイ層MLLは光学ブラック領域OB、連結領域CNR、及びパッド領域PADに延長されることができる。マイクロレンズアレイ層MLLはパッド領域PADで第2パッドパターン54aを露出させる開口部35を有することができる。その外の構造は図3A及び図4Aを参照して説明したことと同一/類似であることができる。 The second protective layer 56 extends to the pad region PAD and may have an opening that exposes the second pad pattern 54a. A microlens array layer MLL including a plurality of microlenses ML may be extended to an optical black area OB, a connection area CNR, and a pad area PAD. The microlens array layer MLL may have an opening 35 exposing the second pad pattern 54a in the pad region PAD. Other structures may be the same/similar to those described with reference to FIGS. 3A and 4A.

図10は本発明の実施形態による、図3AをA-A’線に沿って切断した断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view of FIG. 3A taken along line A-A' according to an embodiment of the present invention.

図10を参照すれば、本例によるイメージセンサー509には半導体基板1内に貫通電極57が配置されることができる。貫通電極57は深い素子分離部のポリシリコンパターン51と絶縁されることができる。貫通電極57は第1ビア絶縁膜59によって囲まれる。貫通電極57と層間絶縁膜ILとの間にはビア埋め込み絶縁パターン4aが配置される。貫通電極57と第1ビア絶縁膜59、そしてビア埋め込み絶縁パターン4aは半導体基板1内に配置される貫通電極ホール7h内に配置されることができる。半導体基板1の第1面1a上に転送ゲート電極TGが配置されることができる。転送ゲート電極TGに隣接する半導体基板1内に第1浮遊拡散領域FD1が配置されることができる。半導体基板1内に浅い素子分離部2によって第1浮遊拡散領域FD1と離隔される第2浮遊拡散領域FD2が配置されることができる。単位画素領域UPで半導体基板1内に第1光電変換部PD1が配置されることができる。第1光電変換部PD1は第2導電型の不純物がドーピングされた領域であり得る。 Referring to FIG. 10, a through electrode 57 may be disposed within the semiconductor substrate 1 in the image sensor 509 according to the present example. The through electrode 57 may be insulated from the polysilicon pattern 51 of the deep isolation region. The through electrode 57 is surrounded by a first via insulating film 59. A via-embedded insulating pattern 4a is arranged between the through electrode 57 and the interlayer insulating film IL. The through electrode 57, the first via insulating film 59, and the via-embedded insulating pattern 4a can be arranged in the through electrode hole 7h arranged in the semiconductor substrate 1. A transfer gate electrode TG may be disposed on the first surface 1a of the semiconductor substrate 1. A first floating diffusion region FD1 may be disposed within the semiconductor substrate 1 adjacent to the transfer gate electrode TG. A second floating diffusion region FD2 may be disposed within the semiconductor substrate 1 and separated from the first floating diffusion region FD1 by a shallow isolation portion 2. A first photoelectric conversion unit PD1 may be disposed within the semiconductor substrate 1 in the unit pixel area UP. The first photoelectric conversion portion PD1 may be a region doped with a second conductivity type impurity.

半導体基板1の第2面1b上に固定電荷膜15が配置されることができる。固定電荷膜15上にカラーフィルターCF1、CF2が配置されることができる。カラーフィルターCF1、CF2の間で固定電荷膜15上に遮光グリッドWGが配置されることができる。ピクセルグループGP1~GP3の中心で固定電荷膜15上に光調節器LSが配置されることができる。 A fixed charge layer 15 may be disposed on the second surface 1b of the semiconductor substrate 1. Color filters CF1 and CF2 may be disposed on the fixed charge film 15. A light shielding grid WG may be disposed on the fixed charge film 15 between the color filters CF1 and CF2. A light modulator LS may be disposed on the fixed charge film 15 at the center of the pixel groups GP1 to GP3.

カラーフィルターCF1、CF2上に第1絶縁膜30が配置されることができる。第1絶縁膜30はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であり得る。第1絶縁膜30上に画素PX毎に画素電極32が配置されることができる。画素電極32の間に第2絶縁膜144が介在されることができる。第2絶縁膜144はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であり得る。画素電極32上に第2光電変換部PD2が配置されることができる。第2光電変換部PD2上に共通電極34が配置されることができる。共通電極34上にパッシベーション膜36が配置されることができる。パッシベーション膜36上にマイクロレンズMLが配置されることができる。 A first insulating layer 30 may be disposed on the color filters CF1 and CF2. The first insulating layer 30 may be a silicon oxide layer or a silicon nitride layer. A pixel electrode 32 may be disposed on the first insulating film 30 for each pixel PX. A second insulating layer 144 may be interposed between the pixel electrodes 32. The second insulating layer 144 may be a silicon oxide layer or a silicon nitride layer. A second photoelectric conversion unit PD2 may be disposed on the pixel electrode 32. A common electrode 34 may be disposed on the second photoelectric conversion unit PD2. A passivation layer 36 may be disposed on the common electrode 34. A microlens ML may be disposed on the passivation film 36.

画素電極32と共通電極34はITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ZnO(Zinc Oxide)、及び/又は有機透明導電物質を含むことができる。第2光電変換部PD2は有機光電変換層であり得る。第2光電変換部PD2はp型有機半導体物質及びn型有機半導体物質を含むことができ、該p型有機半導体物質と該n型有機半導体物質はpn接合を形成することができる。又は第2光電変換部PD2は量子ドット(quantum dot)又はカルコゲナイド(chalcogenide)を含むことができる。 The pixel electrode 32 and the common electrode 34 may include ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), ZnO (Zinc Oxide), and/or an organic transparent conductive material. The second photoelectric conversion unit PD2 may be an organic photoelectric conversion layer. The second photoelectric conversion unit PD2 may include a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material, and the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material may form a pn junction. Alternatively, the second photoelectric conversion unit PD2 may include quantum dots or chalcogenide.

画素電極32はビアプラグ140によって貫通電極57と電気的に連結されることができる。ビアプラグ140は不純物がドーピングされたポリシリコン、チタニウム窒化膜のような金属窒化膜、タングステン、チタニウム、銅のような金属物質又はITOのような透明導電物質を含むことができる。ビアプラグ140は遮光グリッドWGと固定電荷膜15を貫通して貫通電極57と接することができる。ビアプラグ140の側壁は第2ビア絶縁膜142で覆われる。貫通電極57はコンタクトCT1と配線5によって第2浮遊拡散領域FD2と電気的に連結されることができる。その外の構成は図3A及び図4Aを参照して説明したことと同一/類似であることができる。 The pixel electrode 32 may be electrically connected to the through electrode 57 by a via plug 140. The via plug 140 may include polysilicon doped with impurities, a metal nitride film such as titanium nitride, a metal material such as tungsten, titanium, copper, or a transparent conductive material such as ITO. The via plug 140 can penetrate the light shielding grid WG and the fixed charge film 15 and come into contact with the through electrode 57. A sidewall of the via plug 140 is covered with a second via insulating film 142. The through electrode 57 may be electrically connected to the second floating diffusion region FD2 through the contact CT1 and the wiring 5. Other configurations may be the same/similar to those described with reference to FIGS. 3A and 4A.

以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくとも他の具体的な形態に実施されることができることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないことと理解しなければならない。図3A乃至図10の実施形態は互いに組み合わされることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, it will be understood by those with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains that the present invention does not require any change in its technical idea or essential features. It can be understood that other specific forms can be implemented. Therefore, it must be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and are not restrictive. The embodiments of FIGS. 3A-10 can be combined with each other.

1 半導体基板
2 浅い素子分離部
7 深いトレンチ
15 固定電荷膜
46 反射防止膜
500 イメージセンサー
CF1~CF3 カラーフィルター
DTI 画素分離部
FD 浮遊拡散領域
GO ゲート絶縁膜
GP1~GP3 ピクセルグループ
GR 接地領域
IL 層間絶縁膜
LS 光調節器
ML マイクロレンズ
PD 光電変換部
PX 画素
TG 転送ゲート
WG 遮光グリッド
1 Semiconductor substrate 2 Shallow element isolation region 7 Deep trench 15 Fixed charge film 46 Anti-reflection film 500 Image sensor CF1 to CF3 Color filter DTI Pixel isolation region FD Floating diffusion region GO Gate insulating film GP1 to GP3 Pixel group GR Ground region IL Interlayer insulation Film LS Light modulator ML Microlens PD Photoelectric conversion unit PX Pixel TG Transfer gate WG Light shielding grid

Claims (10)

互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、
前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は、各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは、各々独立に2以上の自然数である、画素分離部と、
前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、
前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、を含み、
前記遮光グリッドは、第1方向に第1幅を有し、
前記光調節器は、前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有する、イメージセンサー。
a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other;
A pixel separation section that penetrates the substrate and separates into a plurality of pixels and has a grid shape in a plan view, the pixels forming first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, respectively. a pixel separation unit, where n and m are each independently a natural number of 2 or more;
a light shielding grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section;
a light adjuster overlapping the pixel separating section at the center of each of the first to third pixel groups and disposed on the first surface;
The light blocking grid has a first width in a first direction,
The light modulator may have a second width in the first direction that is larger than the first width.
前記遮光グリッドと前記光調節器との間に位置するカラーフィルターと、
前記カラーフィルター、前記遮光グリッド、及び前記光調節器上に配置され、前記第1乃至第3ピクセルグループに各々対応するマイクロレンズと、をさらに含み、
前記光調節器の上端は、前記マイクロレンズの上端から前記マイクロレンズの曲率半径の1/3~2/3の距離に位置する、請求項1に記載のイメージセンサー。
a color filter located between the light blocking grid and the light regulator;
further comprising microlenses disposed on the color filter, the light blocking grid, and the light adjuster and corresponding to the first to third pixel groups, respectively;
The image sensor according to claim 1, wherein the upper end of the light adjuster is located at a distance of 1/3 to 2/3 of the radius of curvature of the microlens from the upper end of the microlens.
前記光調節器は、平面的に十字、方形、又は円形の形状を有する、請求項1に記載のイメージセンサー。 The image sensor according to claim 1, wherein the light adjuster has a shape of a cross, a square, or a circle in plan view. 前記光調節器は、三角形又は方形の断面を有する、請求項1に記載のイメージセンサー。 The image sensor according to claim 1, wherein the light modulator has a triangular or square cross section. 前記光調節器は、内部に空洞を有する、請求項1に記載のイメージセンサー。 The image sensor according to claim 1, wherein the light modulator has a cavity inside. 前記遮光グリッドは、順に積層された第1遮光パターンと第1低屈折パターンを有し、
前記光調節器は、順に積層された第2遮光パターンと第2低屈折パターンを有し、
前記第1遮光パターンと前記第2遮光パターンは、互いに同一な金属を含み、
前記第1低屈折パターンと前記第2低屈折パターンは、互いに同一な誘電物質を含む、請求項1に記載のイメージセンサー。
The light-shielding grid has a first light-shielding pattern and a first low refraction pattern stacked in order,
The light modulator has a second light shielding pattern and a second low refraction pattern stacked in order,
The first light-shielding pattern and the second light-shielding pattern include the same metal,
The image sensor of claim 1, wherein the first low refraction pattern and the second low refraction pattern include the same dielectric material.
前記光調節器の上端は、前記遮光グリッドの上端より高い、請求項1に記載のイメージセンサー。 The image sensor according to claim 1, wherein a top end of the light modulator is higher than a top end of the light blocking grid. 前記光調節器を覆うガス透過膜をさらに含み、
前記光調節器は、エアギャップ領域を含む、請求項1に記載のイメージセンサー。
further comprising a gas permeable membrane covering the light regulator,
The image sensor of claim 1, wherein the light modulator includes an air gap region.
互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、
前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は、各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは、各々独立に2以上の自然数であり、当該画素分離部は、ポリシリコンパターンと該ポリシリコンパターンを囲む絶縁膜とを含む、画素分離部と、
前記第2面上に配置される転送ゲートと、
前記第2面に隣接し、前記転送ゲートの横に配置される浮遊拡散領域と、
前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、
前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、
前記光調節器と前記遮光グリッドとの間に配置されるカラーフィルターと、
前記カラーフィルター、前記遮光グリッド、及び前記光調節器上に配置され、前記第1乃至第3ピクセルグループに各々対応するマイクロレンズと、を含み、
前記遮光グリッドは、第1方向に第1幅を有し、
前記光調節器は、前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有し、
前記光調節器の上端は、前記マイクロレンズの上端から前記マイクロレンズの曲率半径の1/3~2/3の距離に位置する、イメージセンサー。
a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other;
A pixel separation section that penetrates the substrate and separates into a plurality of pixels and has a grid shape in a plan view, the pixels forming first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, respectively. where n and m are each independently a natural number of 2 or more, and the pixel isolation section includes a polysilicon pattern and an insulating film surrounding the polysilicon pattern;
a transfer gate disposed on the second surface;
a floating diffusion region adjacent to the second surface and disposed beside the transfer gate;
a light shielding grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section;
a light adjuster overlapping the pixel separating section at the center of each of the first to third pixel groups and disposed on the first surface;
a color filter disposed between the light regulator and the light blocking grid;
microlenses disposed on the color filter, the light blocking grid, and the light adjuster and corresponding to the first to third pixel groups, respectively;
The light blocking grid has a first width in a first direction,
The light modulator has a second width in the first direction that is larger than the first width,
In the image sensor, the upper end of the light adjuster is located at a distance of 1/3 to 2/3 of the radius of curvature of the microlens from the upper end of the microlens.
互いに反対側の第1面と第2面を含む基板と、
前記基板を貫通し、複数の画素に分離し、平面的に格子形状を有する画素分離部であって、前記画素は、各々n列とm行に配列された第1乃至第3ピクセルグループを構成し、nとmは、各々独立に2以上の自然数である、画素分離部と、
前記第1面上に配置され、前記画素分離部と重ねられる遮光グリッドと、
前記第1乃至第3ピクセルグループの各々の中心で前記画素分離部と重ねられ、前記第1面上に配置される光調節器と、を含み、
前記遮光グリッドは、第1方向に第1幅を有し、
前記光調節器は、前記第1方向に前記第1幅より大きい第2幅を有し、
前記遮光グリッドは、順に積層された第1遮光パターンと第1低屈折パターンを有し、
前記光調節器は、順に積層された第2遮光パターンと第2低屈折パターンを有し、
前記第1遮光パターンと前記第2遮光パターンは、互いに同一な金属を含み、
前記第1低屈折パターンと前記第2低屈折パターンは、互いに同一な誘電物質を含む、イメージセンサー。
a substrate including a first surface and a second surface opposite to each other;
A pixel separation section that penetrates the substrate and separates into a plurality of pixels and has a grid shape in a plan view, the pixels forming first to third pixel groups arranged in n columns and m rows, respectively. a pixel separation unit, where n and m are each independently a natural number of 2 or more;
a light shielding grid disposed on the first surface and overlapping with the pixel separation section;
a light adjuster overlapping the pixel separating section at the center of each of the first to third pixel groups and disposed on the first surface;
The light blocking grid has a first width in a first direction,
The light modulator has a second width in the first direction that is larger than the first width,
The light-shielding grid has a first light-shielding pattern and a first low refraction pattern stacked in order,
The light modulator has a second light shielding pattern and a second low refraction pattern stacked in order,
The first light-shielding pattern and the second light-shielding pattern include the same metal,
The first low refraction pattern and the second low refraction pattern may include the same dielectric material.
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